DE19854004A1 - Solid-state laser with monolithic pump cavity - Google Patents
Solid-state laser with monolithic pump cavityInfo
- Publication number
- DE19854004A1 DE19854004A1 DE1998154004 DE19854004A DE19854004A1 DE 19854004 A1 DE19854004 A1 DE 19854004A1 DE 1998154004 DE1998154004 DE 1998154004 DE 19854004 A DE19854004 A DE 19854004A DE 19854004 A1 DE19854004 A1 DE 19854004A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- solid
- block
- state laser
- cross
- pump
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers
- H01S3/061—Crystal lasers or glass lasers with elliptical or circular cross-section and elongated shape, e.g. rod
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers
- H01S3/0612—Non-homogeneous structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/0619—Coatings, e.g. AR, HR, passivation layer
- H01S3/0625—Coatings on surfaces other than the end-faces
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/094084—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light with pump light recycling, i.e. with reinjection of the unused pump light, e.g. by reflectors or circulators
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Festkörperlaser mit einem stabförmigen aktiven Element 1, wenigstens einer Diodenlaserzeile 7 zum Pumpen des aktiven Elements 1 und einer das aktive Element 1 umschließenden Pumpkavität, die erfindungsgemäß ein monolithischer, zylindrischer Block 2 mit einem Kanal in Richtung der Zylinderachse, in den das aktive Element 1 mittels Kleber 4 fixiert ist, und der auf der Oberfläche eine reflektierende Schicht aufweist.Solid-state laser with a rod-shaped active element 1, at least one diode laser line 7 for pumping the active element 1 and a pump cavity surrounding the active element 1, which according to the invention is a monolithic, cylindrical block 2 with a channel in the direction of the cylinder axis into which the active element 1 is inserted Adhesive 4 is fixed, and which has a reflective layer on the surface.
Description
Die Erfindung betrifft einen Festkörperlaser mit einem aktiven Element (AE) in Form eines Laserstabes, wenigstens einer parallel zur Achse des Laserstabes ausgerichteten Diodenlaserzeile und einer sogenannten Pumpkavität (eine das AE umgebende Reflektoranordnung, welche die von der Diodenlaserzeile emittierende Pumpstahlung, die nicht direkt auf das AE gerichtet ist, bzw. die beim ersten Durchlaufen des AE nicht vollständig absorbiert wird, auf das AE zurückreflektiert). Dem Fachmann verständlich gehören darüber hinaus weitere Mittel zum Festkörperlaser, wie eine Resonatoranordnung oder eine Kühlanordnung, die jedoch für die Darlegung des Wesens des erfindungsgemäßen Festkörperlasers nicht von Belang sind und deshalb außer Betracht gelassen werden.The invention relates to a solid-state laser with an active element (AE) in the form a laser rod, at least one parallel to the axis of the laser rod aligned diode laser line and a so-called pump cavity (one the AE surrounding reflector arrangement, which emits from the diode laser line Pump steeling that is not aimed directly at the AE, or that at the first Passing through the AE is not completely absorbed, to which AE is reflected back). Understandable to the expert, other means also belong to the Solid-state lasers, such as a resonator arrangement or a cooling arrangement, which however, not for the explanation of the nature of the solid-state laser according to the invention are of concern and should therefore be disregarded.
Festkörperlaser mit einem AE aus einem Dreiniveau-Medium, die im augensicheren Spektralbereich emittieren, sind vielversprechende Lichtquellen mit einem hohen Potential an Anwendungsmöglichkeiten. Als Beispiele seien genannt: Laserradargeräte, Laserentfernungs- und -geschwindigkeitsmeßgeräte, Geräte zum Aufzeichnen der Luftverschmutzung, sowie medizinische Lasergeräte.Solid-state lasers with an AE from a three-level medium that are eye-safe Emitting spectral range are promising light sources with a high Potential application. Examples include: Laser radar devices, laser distance and speed measuring devices, devices for Record air pollution, as well as medical laser devices.
Gegenüber anderen optisch gepumpten Lasern sind Laser mit einem AE aus einem Dreiniveau-Medium empfindlicher gegenüber Pumpinhomogenitäten aufgrund ihrer üblicherweise hohen Laserschwelle. Koaktivitierte Dreiniveau-Medien, wie Yb: Er:Glas, Tm:Ho:YAG, Yb:Ho:YAG etc sind sogar besonders empfindlich wegen des fehlenden Sättigungsverhaltens der Absorption.Compared to other optically pumped lasers, lasers with an AE are made of one Three-level medium more sensitive to pump inhomogeneities due to their usually high laser threshold. Co-activated three-level media, such as Yb: Er: glass, Tm: Ho: YAG, Yb: Ho: YAG etc are particularly sensitive because of the lack of saturation behavior of the absorption.
Geringe Inhomogenitäten der Pumpenergieverteilung, die bei Vierniveau-Medien keinen Einfluß auf den Absorptionswirkungsgrad haben, können bei Dreiniveau- Medien bereits zu einer beträchtlichen Reduzierung der Gesamt-Lasereffektivität führen.Low inhomogeneities in the pump energy distribution compared to four-level media have no influence on the absorption efficiency, Media already significantly reduces the overall laser effectiveness to lead.
Bestimmend für eine effektive und homogene Pumpstrahlungsabsorption sind im Wesentlichen die Form und die Größe der Pumpkavität, die Reflektivität der Oberfläche der Pumpkavität, die optischen Eigenschaften sowie die Wärmeleitfähigkeit des Mediums zwischen der reflektierenden Oberfläche und dem AE, die Anzahl und Lage der Spalten, durch welche die Pumpstrahlung in die Pumpkavität gerichtet wird, der Wärmeeintrag in das AE und die Pumpwellenlänge.Decisive for an effective and homogeneous pump radiation absorption are the Essentially the shape and size of the pump cavity, the reflectivity of the Surface of the pump cavity, the optical properties and the Thermal conductivity of the medium between the reflective surface and the AE, the number and position of the columns through which the pump radiation enters the Pump cavity is directed, the heat input into the AE and the pump wavelength.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungen mit zylindrisch gerichtet reflektierenden Oberflächen bekannt, in die die Pumpstrahlung durch einen oder mehrere Spalte in die Pumpkavität eingekoppelt wird. From the prior art, various solutions are directed with a cylindrical shape reflective surfaces known, into which the pump radiation through or several gaps are coupled into the pump cavity.
Hier wären zu nennen die Patentschriften: US 3,821,663 US 4,969155 US 5,033,058 und US 5,307,365 sowie die Veröffentlichung in Optics Letters 17, S. 1785 (1992) von H. Ajer, S. Landro, G. Rustad und K. Stenersen.The patents should be mentioned here: US 3,821,663 US 4,969155 US 5,033,058 and US 5,307,365 and the publication in Optics Letters 17, S. 1785 (1992) by H. Ajer, S. Landro, G. Rustad and K. Stenersen.
Die Verwendung einer Pumpkavität mit einer gerichtet reflektierenden Oberfläche und einer zylindrischen Form mit kreisförmigem Querschnitt, wie aus US 5,033,058 und US 5,307,365 bekannt, führt zwangsläufig zu einer inhomogenen Winkelverteilung der Pumpstrahlung und damit zu Inhomogenitäten der räumlichen Pumpleistungsdichte im AE. Darüber hinaus benötigen diese Lösungen beispielsweise zusätzlich optische Elemente, die zwischen der Laserlichtquelle und der Oberfläche der Pumpkavität bzw. direkt an der Oberfläche der Pumpkavität angeordnet sind, um die Winkelverteilung der Pumpstrahlung an den Raumwinkel anzupassen, der durch das AE gegeben ist (Geometriebedingt). Dies macht die Gesamtanordnung konstruktiv aufwendiger, somit teurer. Durch die zusätzlichen optischen Elemente treten natürlicherweise auch Verluste auf.The use of a pump cavity with a directional reflective surface and a cylindrical shape with a circular cross-section, such as from US 5,033,058 and US 5,307,365, inevitably leads to an inhomogeneous Angular distribution of the pump radiation and thus to inhomogeneities of the spatial Pump power density in AE. They also need solutions for example, additional optical elements between the laser light source and the surface of the pump cavity or directly on the surface of the pump cavity are arranged to the angular distribution of the pump radiation to the solid angle to adapt, which is given by the AE (geometry-related). This does the Overall arrangement structurally complex, therefore more expensive. Through the additional optical elements naturally also suffer losses.
Wird die Pumpkavität auf eine reflektierende Schicht direkt auf die Oberfläche des AE beschränkt, wie in US 3,821,663 vorgeschlagen, so führt dies zur Ausbildung von sogenannten "heißen Zonen" mit überhöhter Pumpleistungsdichte.If the pump cavity is applied to a reflective layer directly on the surface of the AE limits, as suggested in US 3,821,663, this leads to training of so-called "hot zones" with excessive pumping power density.
Bei ausgedehnten Größen der Pumpkavität wird die konvektive Kühlung des AE schwierig. Deshalb wird bei hohen Pulswiederholungsraten mit hoher Durchschnittsleistung die sich im AE ausbildende Wärme über eine Flüssigkeitskühlung abgeführt. Auch hier entsteht ein vergleichsweise konstruktiv höherer Aufwand und die Effektivität verschlechtert sich aufgrund der Abschattung von Oberflächenbereichen durch die erforderlichen Halteelemente.With extensive sizes of the pump cavity, the convective cooling of the AE difficult. Therefore, at high pulse repetition rates with high Average power the heat developing in the AE over a Liquid cooling removed. Here too a comparatively constructive result higher effort and the effectiveness deteriorate due to the shading of surface areas through the required holding elements.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen konstruktiv einfachen Festkörperlaser zu schaffen, bei dem gegenüber bekannten gleichartigen Festkörperlasern eine höhere Homogenität der Pumplichtverteilung um das AE und ein deutlich höherer Absorptionswirkungsgrad erzielt wird.The invention has for its object a structurally simple To create solid-state lasers in the known compared to the like Solid state lasers have a higher homogeneity of the pump light distribution around the AE and a significantly higher absorption efficiency is achieved.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für einen Festkörperlaser durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.This object is achieved for a solid-state laser by the characterizing features of claim 1 solved. Advantageous designs are listed in the subclaims.
Erfindungswesentlich ist, daß die Pumpkavität aus einem monolithischen Block besteht. Das Material des Blockes muß ein für die Pumpstrahlung transparentes Material sein, zum Beispiel optisches, geschmolzenes oder kristallines Glas, Saphir und undotiertes Yttrium Aluminium Granat (YAG). Das Blockmaterial muß eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, um die im AE entstehende Wärme effektiv abführen zu können.It is essential to the invention that the pump cavity consists of a monolithic block consists. The material of the block must be transparent to the pump radiation Material, for example optical, melted or crystalline glass, sapphire and undoped yttrium aluminum garnet (YAG). The block material must be one have high thermal conductivity to effectively prevent the heat generated in the AE to be able to dissipate.
Die konkrete Auswahl des Materials wird bestimmt von der Querschnittsform der Pumpkavität und der benötigten Durchschnitts-Ausgangsleistung des Lasers.The specific selection of the material is determined by the cross-sectional shape of the Pump cavity and the required average output power of the laser.
Der Block hat eine zylindrische Form, wobei unterschiedliche Querschnittsformen möglich sind, die anhand der Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Allen Ausführungen gleich ist ein in Richtung der Zylinderachse verlaufender rohrförmiger Kanal. Dabei kann die Kanalachse mit der Zylinderachse zusammenfallen oder parallel zu ihr verlaufen. In diesem Kanal ist mittels eines Klebstoffes das AE eingepaßt.The block has a cylindrical shape, with different cross-sectional shapes are possible, which are explained in more detail using the exemplary embodiments. Everyone A tubular version running in the direction of the cylinder axis is the same Channel. The channel axis can coincide with the cylinder axis or run parallel to it. The AE is in this channel by means of an adhesive fitted.
Die äußere Oberfläche ist mit einer reflektierenden Schicht versehen, wobei in Abhängigkeit der Querschnittsform sowohl streuend reflektierende, als auch gerichtet reflektierende Beschichtungen in Frage kommen. Die Oberflächenschicht weist wenigstens einen zur Zylinderachse parallel verlaufenden Spalt auf, über den die Pumpstrahlung der davor angeordneten Diodenlaserzeile in den Block eingekoppelt wird.The outer surface is provided with a reflective layer, wherein in Depending on the cross-sectional shape, both scattering reflective, as well directional reflective coatings come into question. The surface layer has at least one gap running parallel to the cylinder axis, over which the pump radiation of the diode laser line arranged in front of it into the block is coupled.
Die Strahlungsanteile, welche nach direktem Auftreffen auf das AE nicht absorbiert werden, treffen ebenso wie andere am AK vorbei strahlende Strahlungsanteile nach einer oder mehreren Reflexionen an der reflektierenden Oberfläche des Blocks erneut auf das AE.The radiation components which are not absorbed after striking the AE directly like other radiation components that pass by the AK one or more reflections on the reflective surface of the block again on the AE.
Da mehrere Durchläufe der Strahlung durch das AE möglich sind, sind die Anforderungen an die Stabilität der Pumplichtwellenlänge herabgesetzt. Dieser Umstand ist bedeutungsvoll wegen der Wellenlängenverschiebung der Diodenlaser bei Aufheizung. Darüber hinaus weisen Laserdioden von Zeile zu Zeile eine Toleranz in der Wellenlänge auf und ebenso von Diode zu Diode innerhalb einer Zeile.Since several passes of the radiation through the AE are possible, these are Requirements for the stability of the pump light wavelength reduced. This The fact is significant because of the wavelength shift of the diode lasers when heating. In addition, laser diodes have a tolerance from row to row in the wavelength on and also from diode to diode within a line.
Für einen Festkörperlaser mit einem AE aus einem Dreiniveau-Medium wird ein besonders hoher Absorptionsgrad erreicht (k: Absorptionskoeffizient des Dreiniveau-Mediums bei der Pumpwellenlänge und d: Durchmesser des AE).For a solid-state laser with an AE from a three-level medium, a particularly high degree of absorption achieved (k: absorption coefficient of the Three-level medium at the pump wavelength and d: diameter of the AE).
Bei kd < 0,1 wachsen die Verluste an der reflektierenden Schicht unter der Annahme realistischer Reflektivitätswerte sehr stark an.At kd <0.1, the losses at the reflective layer below the Assumption of realistic reflectivity values very strongly.
Bei kd < 5 wird die Inhomogenität der absorbierten Energieverteilung bedeutsam unter der Annahme ideal homogener Beleuchtung. Eine hohe Homogenität der Pumplichtverteilung und ein hoher Absorptionswirkungsgrad wird unter folgenden Bedingungen erreicht:At kd <5 the inhomogeneity of the absorbed energy distribution becomes significant assuming ideally homogeneous lighting. A high degree of homogeneity of the Pump light distribution and high absorption efficiency is among the following Conditions reached:
In diesem Fall ist ein großer Anteil der inneren Oberfläche diffus reflektierend. In this case, a large proportion of the inner surface is diffusely reflective.
A-1. Die Beschichtung der Oberfläche des Blocks ist diffus reflektierend beschichtet. Die Beschichtung kann beispielsweise bestehen aus Metalloxidpulver, wie MgO, ZrO2, ZnO oder anderen. Die Reflektivität kann Werte von bis zu 98% annehmen.A-1. The surface of the block is coated with a diffusely reflective coating. The coating can consist, for example, of metal oxide powder, such as MgO, ZrO 2 , ZnO or others. The reflectivity can take values of up to 98%.
A.-2. Der Block besitzt vor dem Aufdampfen der reflektierenden Beschichtung eine glatte Oberfläche, ohne spezielle Anforderungen an die exakte Geometrie. In einem besonderen Fall kann die Querschnittsform des Blocks kreisförmig sein. Der Absorptionswirkungsgrad eines Blockes mit diffus reflektierender Oberfläche hängt nur unbedeutend von dessen Querschnittsform ab. Das optimale Verhältnis des maximalen Querschnitts des Blocks (für einen Kreis: der Durchmesser D) und des Durchmessers des AE hängt im Wesentlichen vom Wert kd ab. Für kd = 0,1-5,0 liegt das optimale Verhältnis D/d in den Grenzen 1-4.A.-2. The block has one before the reflective coating is evaporated smooth surface, without special requirements for the exact geometry. In one In a special case, the cross-sectional shape of the block can be circular. The Absorption efficiency of a block with a diffusely reflecting surface depends only insignificantly from its cross-sectional shape. The optimal ratio of maximum cross section of the block (for a circle: the diameter D) and the The diameter of the AE essentially depends on the value kd. For kd = 0.1-5.0 the optimal ratio D / d is in the range 1-4.
A-3. Ist der Block zu groß, um die im AE deponierte Wärme an seine Oberflächen abzuführen oder um ihn in eine spezielle Anordnung zu integrieren, ist es möglich, eine Dimension des Querschnitts des Blocks nahezu auf den Durchmesser des AE zu verringern. Die andere Dimension des Querschnitts ist zu vergrößern und die Diodenstrahlung ist in dieser Achse in den Block einzukoppeln.A-3. If the block is too large to transfer the heat deposited in the AE to its surfaces or to integrate it into a special arrangement, it is possible a dimension of the cross section of the block almost to the diameter of the AE reduce. The other dimension of the cross section is to be enlarged and the Diode radiation is to be coupled into the block in this axis.
A-4. Um die Effektivität durch Verluste der Pumpstrahlung an den Spalten nicht
spürbar zu verringern, ist es wünschenswert, daß die Spaltbreite tsl die folgende
Bedingung erfüllt: tsl < 2.P.(1 - Krefl)/Nsi,
(P: Perimeter des Blockquerschnitts, Krefl: Reflektivitätskoeffizient der reflektierenden
Schicht, Nsi: Anzahl der Spalten.) Der Faktor 2 auf der rechten Seite der Ungleichung
trägt Rechnung der Reflexion von einem Spalt innerhalb des Blocks bei diffuser
Beleuchtung.A-4. In order not to noticeably reduce the effectiveness due to losses of the pump radiation at the gaps, it is desirable that the gap width t sl meets the following condition: t sl <2.P. (1 - K refl ) / N si ,
(P: perimeter of the block cross-section, K refl : reflectivity coefficient of the reflective layer, N si : number of columns.) The factor 2 on the right side of the inequality takes account of the reflection from a gap within the block under diffuse lighting.
Beispielsweise ergibt ein sich bei d = 2 mm, Krefl = 0,98 und kd = 0,5-2,0 ein optimaler Durchmesser D = 4-5 mm. In Anwesenheit von zwei Spalten darf deren Breite 0,25 mm nicht überschreiten. Bei Anwendungen mit kd < 2, 0 ist sogar die Anwendung von Spalten mit größerer Breite möglich ohne nennenswerte Beeinträchtigung der Effektivität. Spalten dieser Größe können einfach gefertigt werden und es ist ebenso einfach, die Apertur der Diodenlaserzeilen relativ zu den Spalten zu positionieren.For example, an optimal diameter D = 4-5 mm results at d = 2 mm, K refl = 0.98 and kd = 0.5-2.0. In the presence of two columns, their width must not exceed 0.25 mm. In the case of applications with kd <2.0, it is even possible to use columns with a larger width without appreciably impairing the effectiveness. Columns of this size can be easily manufactured and it is just as easy to position the aperture of the diode laser rows relative to the columns.
Es wird angenommen, daß wesentliche Anteile der inneren Oberfläche des Blocks spekular reflektierend sind.It is believed that substantial portions of the inner surface of the block are specularly reflective.
B-1. Die Reflektivität im Innern des Blocks kann erzielt werden durch eine Metallschicht, die außen auf den Block deponiert wird (Gold, Silber, Aluminium und andere), oder durch ein dielektrisches Vielfachschichtensystem mit hoher Reflekfivität für die Pumpwellenlänge. Ein Teil der Oberfläche kann auch unbeschichtet bleiben unter Verwendung von innerer Totalreflexion. Die Wahl des Reflexionskoeffizienten hängt ab von der Anzahl der Durchläufe der Strahlung durch den Block, die wesentlich durch die optische Dichte des AE gegeben ist. Falls die optische Dichte hoch genug ist (kd < = 0,2-0,3), kann die Beschichtung durch chemisch oder im Vakuum deponiertes Aluminium erfolgen Krefl = 0,92-0,95 im nahen Infrarot (IR)- Spektralbereich.B-1. The reflectivity inside the block can be achieved by a metal layer that is deposited on the outside of the block (gold, silver, aluminum and others), or by a dielectric multilayer system with high reflectivity for the pump wavelength. Part of the surface can also remain uncoated using total internal reflection. The choice of the reflection coefficient depends on the number of passes of the radiation through the block, which is essentially given by the optical density of the AE. If the optical density is high enough (kd <= 0.2-0.3), the coating can be done with aluminum deposited chemically or in a vacuum K refl = 0.92-0.95 in the near infrared (IR) spectral range.
B-2. Die Pumpstrahlung tritt in den Block auf eine oder zwei gegenüberliegende Seiten, nämlich durch eine oder zwei gegenüberliegende Spalten bzw. eine oder zwei gegenüberliegende Gruppen von Spalten, falls mehrere Diodenlaserzeilen verwendet werden.B-2. The pump radiation enters the block on one or two opposite Pages, namely through one or two opposite columns or one or two opposite groups of columns if several diode laser rows be used.
B-3. Der Querschnitt des Blocks weist zwei ebene oder annähernd ebene Flächen, die parallel oder annähernd parallel zueinander und zur Symmetrieebene des Divergenzwinkels der Diodenstrahlung angeordnet sind, auf, die den Block durch einen Spalt oder mehrere Spalten betritt. Die Oberflächen können eben sein oder von einer ebenen Geometrie abweichen. Die Ausdehnung der Oberflächen in der Richtung "AE - Spalte" beträgt δW, wobei δW < = 0,3.D erfüllt sein muß, mit D: maximale Abmessung des Querschnitts. Zugelassene Abweichungen δh von der ebenen Geometrie (relativ zu einer Durchschnittsebene) müssen δh < 0,2.D betragen. Einige mögliche Varianten einer solchen Anordnung sind in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellt. Die Abmessungen hängen von der optischen Dichte des AE ab. Wenn die optische Dichte des AE in den Grenzen kd = 0,2-5,0 variiert, ändert sich der Quotient maximaler Querschnitt zu AE Durchmesser D/d = 1,5-6,0 und der Quotient minimaler Querschnitt zu AE Durchmesser 1,0-2,5.B-3. The cross section of the block has two flat or approximately flat surfaces which are arranged parallel or approximately parallel to one another and to the plane of symmetry of the divergence angle of the diode radiation, which enters the block through one or more columns. The surfaces can be flat or deviate from a flat geometry. The extent of the surfaces in the "AE column" direction is δW, where δW <= 0.3.D must be satisfied, with D: maximum dimension of the cross section. Permitted deviations δh from the flat geometry (relative to an average plane) must be δh <0.2.D. Some possible variants of such an arrangement are shown in FIGS. 4, 5 and 6. The dimensions depend on the optical density of the AE. If the optical density of the AE varies within the limits kd = 0.2-5.0, the quotient maximum cross-section changes to AE diameter D / d = 1.5-6.0 and the quotient minimum cross-section changes to AE diameter 1, 0-2.5.
B-4. Um die Effektivität durch Strahlungsverluste durch Lecken der Strahlung durch
die Spalten nicht spürbar zu verringern, muß die Spaltbreite tsl oder die
Gesamtspaltbreite einer Gruppe eng benachbarter Spalten die folgende Bedingung
erfüllen:
B-4. In order not to noticeably reduce the effectiveness due to radiation losses due to the radiation leaking through the columns, the gap width t sl or the total gap width of a group of closely adjacent columns must meet the following condition:
tsl << d.exp (2.kd) für einseitiges Pumpen
t sl << d.exp (2.kd) for one-sided pumping
tsl << d.exp (kd) für zweiseitiges Pumpen
t sl << d.exp (kd) for double-sided pumping
Beispielsweise beträgt bei einem AE Durchmesser von 2 mm und Absorptionskoeffizient von 5 cm-1 die erlaubte Gesamtspaltbreite ohne substantielle Effektivitätsreduzierung < 0,5-1,5 mm.For example, with an AE diameter of 2 mm and an absorption coefficient of 5 cm -1, the permitted total gap width without substantial reduction in effectiveness is <0.5-1.5 mm.
B-5. Bei zweiseitigem Pumpzutritt existiert eine Symmetrieachse und das AE ist koaxial zu dieser angeordnet. Bei einseitigem Pumpeintritt wird das AE vom Spalt oder von den Spalten weg auf die gegenüberliegende Wand zu verschoben, wobei die Entfernung des AE von der Wand einen Durchmesser des AE nicht überschreiten darf. B-5. With two-sided pump access, there is an axis of symmetry and the AE is arranged coaxially to this. With unilateral pump entry, the AE is released from the gap or moved away from the columns towards the opposite wall, whereby the distance of the AE from the wall does not exceed a diameter of the AE may.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Zeichnungen erläutert werden. Dabei zeigen die einzelnen Figuren die erfindungswesentlichen Teile eines Festkörperlasers mit jeweils unterschiedlicher Querschnittsform der Pumpkavität, insbesondereThe invention will be explained below with reference to drawings. Here the individual figures show the parts of a solid-state laser essential to the invention each with a different cross-sectional shape of the pump cavity, in particular
Fig. 1 mit elliptischem Querschnitt Fig. 1 with an elliptical cross section
Fig. 2 mit rechteckähnlichem Querschnitt, wobei die Breitseiten konvexe Kreisbögen sind und das AE außermittig angeordnet ist Fig. 2 with a rectangular cross-section, the broad sides are convex arcs and the AE is arranged off-center
Fig. 3 mit rechteckähnlichem Querschnitt, wobei die Breitseiten konvexe Kreisbögen sind und das AE mittig angeordnet ist Fig. 3 with a rectangular cross-section, the broad sides are convex arcs and the AE is arranged in the center
Fig. 4 mit rechteckähnlichem Querschnitt, wobei die Breitseiten konvexe Kreisbögen und die Längsseiten konkave Kreisbögen sind Fig. 4 with a rectangular cross-section, wherein the broad sides are convex arcs and the long sides are concave arcs
Fig. 5 mit rechteckähnlichem Querschnitt, wobei die Breitseiten konvexe Kreisbögen und die Längsseiten mittig eine Kerbe aufweisen Fig. 5 wherein the wide sides of convex circular arcs and the longitudinal sides have centrally with rectangular like cross-section, a notch
Fig. 6 mit rechteckähnlichem Querschnitt, wobei die Breitseiten konvexe Kreisbögen und die Längsseiten v-förmig gestaltet sind. Fig. 6 with a rectangular cross-section, wherein the broad sides are convex arcs and the long sides are V-shaped.
In Fig. 1 sind die erfindungswesentlichen Teile eines Festkörperlasers dargestellt. Die Pumpkavität, die erfindungsgemäß ein monolithischer Block 2 mit einer zylindrischen Form ist, hat hier die Querschnittsform einer Ellipse. Die Oberfläche des Blocks 2 ist mit einer streuend reflektierenden Schicht 5 beschichtet. Diese Schicht 5 weist einen Spalt 6 auf, der parallel zur Zylinderachse durch einen Scheitelpunkt der Ellipse verläuft. Diesem Spalt 6 ist eine Diodenlaserzeile 7 vorgeordnet, deren Strahlung durch den Spalt 6 in den Block 2 gerichtet ist. Im Block 2 befindet sich ein rohrförmiger Kanal 3, parallel zur Zylinderachse, in dem das stabförmige AE 1 mittels eines Klebers 4 so fixiert ist, daß die Achse X des aktiven Elements parallel zur Zylinderachse verläuft.In Fig. 1, the invention essential parts are shown a solid state laser. The pump cavity, which according to the invention is a monolithic block 2 with a cylindrical shape, has the cross-sectional shape of an ellipse here. The surface of the block 2 is coated with a scattering reflective layer 5 . This layer 5 has a gap 6 which runs parallel to the cylinder axis through an apex of the ellipse. This gap 6 is preceded by a diode laser line 7 , the radiation of which is directed through the gap 6 into the block 2 . In block 2 there is a tubular channel 3 , parallel to the cylinder axis, in which the rod-shaped AE 1 is fixed by means of an adhesive 4 so that the axis X of the active element runs parallel to the cylinder axis.
In Fig. 2 und Fig. 3 hat der Querschnitt des Blockes 2 eine rechteckähnliche Form, wobei die Breitseiten konvexe Kreisbögen sind. Die Oberfläche ist in diesen beiden Beispielen mit einer gerichtet reflektierenden Oberfläche beschichtet. Während bei Fig. 2, ebenso wie bei Fig. 1 nur ein Spalt 6 vorhanden ist, tritt die Pumpstrahlung bei Fig. 3 durch zwei Spalten 6 in den Block 2.In Fig. 2 and Fig. 3, the cross section of the block 2 has a rectangular shape, the broad sides being convex arcs. In these two examples, the surface is coated with a directionally reflecting surface. While there is only one gap 6 in FIG. 2, just as in FIG. 1, the pump radiation in FIG. 3 enters block 2 through two columns 6 .
Die Fig. 4-6 zeigen weitere Querschnittsformen für den Block 2 mit einer gerichtet reflektierenden Schicht 5 beschichtet. Figs. 4-6 show other cross-sectional shapes for the block 2 with a specularly reflective layer 5 coated.
Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten planparallelen Längsseiten des Blockquerschnitts sind hier unterschiedlich gestaltet. Diese Längsseiten haben gemeinsam, daß sie über ihre Länge δW, die nicht kürzer als 0,3.D ist (D = maximale Abmessung des Blockquerschnitts), eine maximale Abweichung von δh, die nicht größer als 0,2.D ist, nicht überschreitet.The plane-parallel long sides of the block cross section shown in FIGS . 2 and 3 are designed differently here. These long sides have in common that their length δW, which is not shorter than 0.3.D (D = maximum dimension of the block cross-section), does not exceed a maximum deviation of δh, which is not greater than 0.2.D. .
Bei den Fig. 1-6 ist zu erkennen, daß das AE 1 bei einem Block 2 mit zwei Spalten 6 mittig angeordnet ist, während es sich bei nur einem Spalt 6 zu diesem weiter entfernt befindet.In Figs. 1-6 it can be seen that the AE 1 is arranged centrally in a block 2 with two columns 6, while it is further away in only a gap 6 to this.
Anstelle eines Spaltes 6 bzw. zweier beidseitig angeordneter Spalten 6, können auch Spaltengruppen vorhanden sein. Dadurch kann mittels mehrerer Diodenlaserzeilen 7 die Pumpleistung vervielfacht werden.Instead of a gap 6 or two columns 6 arranged on both sides, column groups can also be present. As a result, the pump power can be multiplied by means of a plurality of diode laser lines 7 .
Claims (6)
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1998154004 DE19854004A1 (en) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | Solid-state laser with monolithic pump cavity |
| FR9914426A FR2786035A1 (en) | 1998-11-18 | 1999-11-17 | SOLID LASER WITH MONOLYTHIC CAVITY |
| JP32854099A JP2000164959A (en) | 1998-11-18 | 1999-11-18 | Solid state laser with monolithic pumping cavity |
| GB9927308A GB2343990A (en) | 1998-11-18 | 1999-11-18 | Solid state laser having a monolithic pumping cavity |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1998154004 DE19854004A1 (en) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | Solid-state laser with monolithic pump cavity |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19854004A1 true DE19854004A1 (en) | 2000-05-31 |
Family
ID=7888728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1998154004 Ceased DE19854004A1 (en) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | Solid-state laser with monolithic pump cavity |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000164959A (en) |
| DE (1) | DE19854004A1 (en) |
| FR (1) | FR2786035A1 (en) |
| GB (1) | GB2343990A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011103286A1 (en) * | 2011-06-04 | 2012-12-06 | Roland Berger | Excitation unit for a fiber laser |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2357809A1 (en) * | 2000-11-22 | 2002-05-22 | Photonami Inc. | Multiport optical amplifier and method amplifying optical signals |
| EP1974424B1 (en) | 2005-12-28 | 2013-02-20 | Israel Aerospace Industries Ltd. | Diode pumped cavity |
| CN105261923A (en) * | 2015-11-06 | 2016-01-20 | 华中科技大学 | A semiconductor pump discharge gas laser device |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3821663A (en) * | 1973-01-15 | 1974-06-28 | Motorola Inc | Integral reflecting cavity semiconductor pumped laser |
| DE3724022A1 (en) * | 1986-07-28 | 1988-02-11 | Gen Electric | LASER DEVICE AND METHOD FOR PUMPING A LASER |
| US5619522A (en) * | 1995-09-07 | 1997-04-08 | Dube; George | Laser pump cavity |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4756002A (en) * | 1986-06-23 | 1988-07-05 | Mcdonnell Douglas Corporation | Laser diode coupler |
| US5307365A (en) * | 1991-08-08 | 1994-04-26 | Northrop Corporation | Cavity pumped, solid state lasers |
| JPH06104515A (en) * | 1992-09-21 | 1994-04-15 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | Solid state laser |
| DE19518177A1 (en) * | 1995-05-19 | 1996-11-21 | Fraunhofer Ges Forschung | Diode laser pumped solid state laser |
| US5761233A (en) * | 1996-04-10 | 1998-06-02 | Hughes Electronics Corporation | Monolithic pump cavity and method |
-
1998
- 1998-11-18 DE DE1998154004 patent/DE19854004A1/en not_active Ceased
-
1999
- 1999-11-17 FR FR9914426A patent/FR2786035A1/en active Pending
- 1999-11-18 GB GB9927308A patent/GB2343990A/en not_active Withdrawn
- 1999-11-18 JP JP32854099A patent/JP2000164959A/en active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3821663A (en) * | 1973-01-15 | 1974-06-28 | Motorola Inc | Integral reflecting cavity semiconductor pumped laser |
| DE3724022A1 (en) * | 1986-07-28 | 1988-02-11 | Gen Electric | LASER DEVICE AND METHOD FOR PUMPING A LASER |
| US5619522A (en) * | 1995-09-07 | 1997-04-08 | Dube; George | Laser pump cavity |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| RÖKSS, D.: "Analysis of Room Temperature CW Ruby Lasers" in US-Z: IEEE J.Quant. Electronics, Bd. QE-2, Nr. 8, Aug. 1966, S. 208-214 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011103286A1 (en) * | 2011-06-04 | 2012-12-06 | Roland Berger | Excitation unit for a fiber laser |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB9927308D0 (en) | 2000-01-12 |
| JP2000164959A (en) | 2000-06-16 |
| GB2343990A (en) | 2000-05-24 |
| FR2786035A1 (en) | 2000-05-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE68915421T2 (en) | Optically pumped rod laser with narrow pump source emission area. | |
| DE69606664T2 (en) | Optical pumped solid state laser head | |
| DE69808057T2 (en) | LASER PUMP CAVITY DEVICE WITH MONOLITHIC LIGHT CONCENTRATOR | |
| DE69804202T2 (en) | Laser device with integral pump light concentrator | |
| DE4344227A1 (en) | Laser amplifier system | |
| EP2976817B1 (en) | Laser assembly | |
| EP0632551A1 (en) | Laser amplifier system | |
| WO1997034343A1 (en) | Strip laser | |
| DE1464744A1 (en) | Solid-state laser and method for exciting the laser body | |
| DE4191708C1 (en) | Solid-state neodymium laser with tandem resonant coupling | |
| EP0770275B1 (en) | Diode-pumped high-powered solid state laser | |
| DE19927054A1 (en) | Solid state laser | |
| DE60212377T2 (en) | SYSTEM AND METHOD FOR PUMPING A PANEL LASER | |
| DE19854004A1 (en) | Solid-state laser with monolithic pump cavity | |
| DE3604231A1 (en) | OPTICALLY STABLE RESONATOR FOR GENERATING A LASER BEAM | |
| DE4008225C2 (en) | Laser diode pumped solid state laser | |
| WO1996037021A1 (en) | Diode laser-pumped solid state laser | |
| DE19908516A1 (en) | Solid body laser device for producing laser light comprises a light-permeable tube for solid body laser medium, a semiconductor laser and a diffusion medium | |
| DE60103725T2 (en) | laser source | |
| DE3519775A1 (en) | OPTICAL DEVICE FOR CONCENTRATING A PUMP RADIATION BUNCH ON A LASER ACTIVE MATERIAL | |
| DE20114380U1 (en) | UV irradiation device | |
| DE112018006802B4 (en) | White light generating element and lighting device | |
| EP2976816B1 (en) | Laser assembly | |
| DE69422988T2 (en) | Feedforward amplifier | |
| EP3623694B1 (en) | Light and method for controlling the beam characteristic of same and light mixing conductor and light with light mixing conductors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8131 | Rejection |